DE19648402C2 - Method for the continuous detection of a rotational speed of electric motors and an arrangement for carrying out the method - Google Patents

Method for the continuous detection of a rotational speed of electric motors and an arrangement for carrying out the method

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Erfassung einer Drehzahl von Elektromotoren, bei welchen die Drehzahl zu Regelzwecken einem Nebenaggregat eines Kraftfahrzeuges, insbesondere einem Hilfskraft­ system zugeführt wird sowie eine Anordnung zur Durchführung des Ver­ fahrens.The invention relates to a method for the continuous detection of a Speed of electric motors, at which the speed for control purposes an auxiliary unit of a motor vehicle, in particular an assistant System is supplied and an arrangement for performing the Ver driving.

In der Kraftfahrzeugtechnik ist es hinlänglich bekannt, mittels hydraulischer Fremdenergien, Hilfskraftsysteme zu realisieren. Dabei wird ein Pumpen­ system mittels eines Elektromotors angetrieben.It is well known in automotive engineering by means of hydraulic External energies to implement auxiliary systems. Doing so will pump system driven by an electric motor.

Gemäß DE 44 20 309 A1 ist es bekannt, Laständerungen der Hilfskraft­ systeme, die von Betriebsparametern beeinflußt werden, anhand von Dreh­ zahländerungen zu erkennen und auszuregeln.According to DE 44 20 309 A1 it is known to load changes of the assistant systems that are influenced by operating parameters, based on rotation recognize and correct changes in numbers.

Die Drehzahl des Elektromotors wird dabei mit Hilfe externer Sensoren, übli­ cherweise Hall-Sensoren bestimmt, die im Elektromotor angeordnet sind, und ein drehzahlabhängiges Ausgangssignal an eine Regeleinrichtung geben. Die Regeleinrichtung erkennt die von einer Solldrehzahl des Elek­ tromotors abweichenden Drehzahländerungen und regelt diese aus.The speed of the electric motor is measured with the help of external sensors Hall sensors, which are arranged in the electric motor, and a speed-dependent output signal to a control device give. The control device recognizes the target speed of the elec deviating speed changes and regulates them.

Die Verwendung eines externen Drehzahlsensors führt aber zu einem hohen Herstellungs- und Montageaufwand, da der Drehzahlsensor im Elektromotor justiert und bei dem Einsatz im Kraftfahrzeug besonders erschütterungsfest installiert werden muß.The use of an external speed sensor leads to a high one Manufacturing and assembly costs, since the speed sensor in the electric motor adjusted and particularly vibration-proof when used in a motor vehicle  must be installed.

Die Anordnung im Motor gegenüber der Motorwelle führt darüber hinaus zu Temperatur- und Dichtigkeitsproblemen, da die Verdrahtung des Sensors aus dem Motor herausgeführt werden muß.The arrangement in the motor opposite the motor shaft also leads to Temperature and tightness problems due to the wiring of the sensor must be led out of the engine.

Aus der DE-OS 16 73 364 ist eine Anordnung zur Messung der Drehzahl eines Gleichstrommotors bekannt, dessen Rotor über Bürsten und einen mit mehreren Kollektorlamellen versehenen Kollektor ein Gleichstrom zugeführt wird. Die durch den Stromwechsel von einer Kollektorlamelle zur nächsten Lamelle verursachten Stromschwankungen werden einer Impulsformerstufe zugeführt, an deren Ausgang ein Meßgerät angeschlossen ist. Beim Einsatz von Gleichstrommotoren in Nebenaggregaten bei Kraftfahrzeugen soll der Motor nur im Bedarfsfalle mit Leistung betrieben werden, um einen geringst möglichen Energieaufwand zu ermöglichen.From DE-OS 16 73 364 is an arrangement for measuring the speed known a DC motor, the rotor with brushes and one with a collector current is supplied to several collector lamellae becomes. The one by changing the current from one collector lamella to the next Current fluctuations caused by lamella become a pulse shaper stage fed to the output of which a measuring device is connected. When using of DC motors in auxiliary units in motor vehicles Engine can only be operated with power at a minimum if necessary to enable possible energy expenditure.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur zuverlässigen Erfassung der Motordrehzahl anzugeben, welches ohne großen Montage- und Hilfsaufwand zu realisieren ist und den konkreten Bedarfsfall zur Hilfskraftunterstützung erkennt.The invention is therefore based on the object of a method for specify reliable detection of the engine speed, which without great assembly and auxiliary effort is to be realized and the concrete Detects need for auxiliary support.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Kennzeichens des Patentanspruchs 1 gelöst.According to the invention, the object is characterized by the features of the license plate of claim 1 solved.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß keine externen Drehzahlsenso­ ren verwendet werden und somit der damit verbundene Herstellungs-, Kon­ struktions- und Justageaufwand entfällt.The advantage of the invention is that no external speed sensors ren are used and thus the associated manufacturing, con structural and adjustment effort is eliminated.

Dieses Verfahren zur Drehzahlerfassung kann vielseitig in allen Anwen­ dungsfällen des Kraftfahrzeuges eingesetzt werden, wo eine Drehzahl erfaßt werden muß. So z. B. bei Hilfskraftsystemen, Fensterhebern, Sitzverstellung u. ä. Somit muß bloß noch eine Kompaktelektronik am Einsatzort installiert werden. This method of speed detection can be versatile in all applications Application cases of the motor vehicle are used where a speed is detected must become. So z. B. in auxiliary systems, window regulators, seat adjustment u. So only a compact electronics must be installed on site become.  

In einfacher Weise kann die Drehzahl dadurch ermittelt werden, daß aus dem zeitlichen Abstand aufeinanderfolgende Ausgangssignale eine Fre­ quenz bestimmt wird.The speed can be determined in a simple manner by the time interval between successive output signals a Fre sequence is determined.

Alternativ dazu kann die Anzahl der Ausgangssignale pro Zeiteinheit direkt ausgezählt werden.Alternatively, the number of output signals per unit of time can be direct be counted.

In einem Regelkreis wird die so gemessene Drehzahl mit einer vorgegebenen Solldrehzahl des Gleichstrommotors verglichen und beste­ hende Drehzahlabweichungen werden ausgeregelt. The speed measured in this way is measured in a control loop predetermined target speed of the DC motor compared and best Any speed deviations are corrected.  

Außerdem ermöglicht die Ausregelung eine schnelle Reaktion des Motors auf Änderungen der Betriebsparameter, wie Last, Temperatur, Versorgungs­ spannung, da die im Motor vorhandene kinetische Energie genutzt wird.The regulation also enables the motor to react quickly on changes in operating parameters such as load, temperature, supply voltage since the kinetic energy available in the motor is used.

Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet unabhängig von Schwankungen der Versorgungsspannung und der Temperatur.The method according to the invention works independently of fluctuations the supply voltage and the temperature.

Da durch die Konstanthaltung der Drehzahl ein gleichmäßiges akustisches Frequenzspektrum erzeugt wird, sind im Fahrzeug auftretende Geräusch­ effekte gezielter zu bedämpfen.As a constant acoustic by keeping the speed constant Frequency spectrum generated are noises occurring in the vehicle dampen effects in a more targeted manner.

Die Drehzahl wird erfaßt und vorteilhafterweise wird der Gleichstrommotor über ein pulsbreitenmoduliertes Spannungssignal angesteuert.The speed is detected and advantageously the DC motor controlled via a pulse width modulated voltage signal.

Bei einer von der Kraftfahrzeuggeschwindigkeit abhängigen Lenkunterstüt­ zung wird der Sollwert der Drehzahl an die jeweilige Fahrzeuggeschwindig­ keit angepaßt.With a steering support dependent on the vehicle speed the setpoint value of the speed at the respective vehicle speed adapted.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll an­ hand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.The invention permits numerous embodiments. One of them is said to hand of the figures shown in the drawing are explained in more detail.

Es zeigt:It shows:

Fig. 1: Anordnung zur Ansteuerung einer elektrohydraulischen Druckver­ sorgung, Fig. 1: arrangement for driving an electro-hydraulic Druckver supply,

Fig. 2: Drehzahlregelung im stand-by-Betrieb. Fig. 2: Speed control in stand-by mode.

Fig. 3: Flußdiagramm eines für den Mikrocomputer in der Anordnung nach Fig. 1 vorgesehenen Programms, Figure 3:.. A flowchart provided for the microcomputer in the arrangement of Figure 1 program,

In Fig. 1 ist eine elektrohydraulische Pumpenversorgung schematisch dar­ gestellt, bei welcher eine Lenkkraftunterstützung über den Öldruck in einem Umlaufsystem 5 realisiert wird.In Fig. 1, an electrohydraulic pump supply is shown schematically, in which a steering force support via the oil pressure in a circulation system 5 is realized.

Um die Lenkkräfte auch bei kleiner Übersetzung niedrig halten zu können, wird die Lenkarbeit durch Drucköl unterstützt, welches in einem geschlos­ senen Kreislauf transportiert wird.In order to keep the steering forces low even with a small gear ratio,  the steering work is supported by pressure oil, which is closed in one its cycle is transported.

Die Funktion einer solchen Hilfskraftlenkung ist hinreichend bekannt und muß deshalb nicht weiter beschrieben werden.The function of such power steering is well known and therefore need not be described further.

Die in Fig. 1 dargestellte elektrohydraulische Pumpenversorgung zeigt eine Pumpe 1 zur Regelung des Öldrucks, die von einem bürstenbehafteten Gleichstrommotor 2 getrieben wird. Der Gleichstrommotor 2 ist mit einer elektronischen Einrichtung 4 verbunden, welche wiederum an eine Regel­ einrichtung 3 führt.The electro-hydraulic pump supply shown in Fig. 1 shows a pump 1 for regulating the oil pressure, which is driven by a brushed DC motor 2 . The DC motor 2 is connected to an electronic device 4 , which in turn leads to a control device 3 .

Die elektronische Einrichtung 4 erkennt nach einem an sich bekannten Ver­ fahren, wie es z. B. in der DE 42 17 265 A1 bekannt ist, anhand des Motor­ stromverlaufes die Kommutierung des Gleichstrommotors und gibt ein ent­ sprechendes Ausgangssignal ab.The electronic device 4 recognizes according to a known Ver drive, as z. B. is known in DE 42 17 265 A1, based on the motor current profile, the commutation of the DC motor and gives a corresponding output signal.

Dieses Kommutierungssignal ist proportional zur Drehzahl des Gleichstrom­ motors und wird von der Regeleinrichtung 3, welche vorzugsweise ein Mikroprozessor ist, ausgewertet und daraus die Drehzahl des Gleichstrom­ motors bestimmt. Die Drehzahlbestimmung kann durch ein an sich bekanntes Frequenzmeßverfahren erfolgen, bei welchem die Periodendauer, zwischen den eine Kommutierung repräsentierenden negativen oder posi­ tiven Flanken des Ausgangssignals bestimmt wird.This commutation signal is proportional to the speed of the DC motor and is evaluated by the control device 3 , which is preferably a microprocessor, and the speed of the DC motor is determined therefrom. The speed can be determined by a frequency measurement method known per se, in which the period between the negative or positive edges of the output signal representing a commutation is determined.

Mit Hilfe dieses Zeitabstandes wird berechnet, wie häufig dieses Signal pro betrachteter Zeiteinheit, z. B. einer Minute, auftritt.With the help of this time interval it is calculated how often this signal per considered time unit, e.g. B. a minute occurs.

Eine andere Möglichkeit sieht vor, daß die, die Kommutierung re­ präsentierende Flanke in einem Zeitraum x ausgezählt wird.Another possibility is that the commutation right presenting edge is counted in a time period x.

Die Regeleinrichtung 3 vergleicht die so gewonnenen Drehzahlsignale mit einer Solldrehzahl, die in ihrem Speicher abgelegt ist. Auftretende Drehzahl­ schwankungen des Gleichstrommotors werden so festgestellt und der Gleichstrommotor wird in Abhängigkeit von diesen Schwankungen von der Regeleinrichtung 3 getaktet angesteuert.The control device 3 compares the speed signals thus obtained with a target speed, which is stored in its memory. Occurring variations in speed of the DC motor are determined so and the DC motor is driven in a clocked in response to these fluctuations by the control device. 3

Anhand der Darstellung in Fig. 2 soll nun der Regelkreislauf im stand-by- Betrieb erläutert werden.The control circuit in stand-by mode will now be explained with reference to the illustration in FIG. 2.

Der Mikroprozessor 3 steuert den Gleichstrommotor 2 so an, daß bei jeg­ licher Änderung des Drehmomentes M die gleiche Drehzahl nsollSB erreicht wird.The microprocessor 3 controls the DC motor 2 so that the same speed n sollSB is reached with any change in the torque M.

Der Mikroprozessor 3 steuert den Gleichstrommotor 2 über ein pulsweiten­ moduliertes Spannungssignal an, welches unabhängig vom Lastmoment des Motors das zur Aufrechterhaltung der Drehzahl nsollSB notwendige Puls- Periodendauer-Verhältnis zur Verfügung stellt.The microprocessor 3 controls the direct current motor 2 via a pulse-width modulated voltage signal which, regardless of the load torque of the motor, provides the pulse period duration ratio necessary to maintain the speed n sollSB .

Bordnetzspannungsänderungen und Temperatureinflüsse auf das System werden dabei ebenfalls ausgeregelt.Vehicle voltage changes and temperature influences on the system are also corrected.

Zur Realisierung einer geschwindigkeitsabhängigen Lenkhilfeunterstützung wertet der Mikroprozessor 3 zusätzlich die Fahrgeschwindigkeit v des Kraft­ fahrzeuges aus. Bei zunehmender Fahrgeschwindigkeit kann die Solldreh­ zahl nsoll entsprechend angepaßt werden.In order to implement a speed-dependent steering assistance, the microprocessor 3 also evaluates the vehicle speed v of the motor vehicle. With increasing driving speed, the target speed n should be adjusted accordingly.

Die Regelung des Gleichstrommotors in Abhängigkeit der von Änderung der Betriebsparameter, insbesondere des Lenkwinkels hervorgerufenen Dreh­ zahlschwankungen soll mit Hilfe der Fig. 3 erläutert werden.The regulation of the DC motor depending on the change in operating parameters, in particular the steering angle caused speed fluctuations will be explained with the help of FIG. 3.

Ausgehend von einem stand-by-Betrieb wird der Gleichstrommotor nur im Bedarfsfall mit voller Leistung betrieben.Starting from a stand-by operation, the DC motor is only in the Operated at full power when needed.

Dem Verfahren liegt dabei die Überlegung zugrunde, daß mit erhöhter Last (steigendes Drehmoment M) die Drehzahl n des Gleichstrommotors 2 abfällt.The method is based on the consideration that the speed n of the DC motor 2 drops with an increased load (increasing torque M).

Nach Einschalten des Hilfskraftsystems wird durch den Mikrocomputer 3 an den Gleichstrommotor 2 ein PWM-Signal von z. B. 40% abgegeben. Der Motor 2 befindet sich im stand-by-Betrieb. Während dieses stand-by-Betriebs ist eine Drehzahlregelung aktiv, welche die augenblickliche Drehzahl n auf eine stand-by-Solldrehzahl nsollSB ausregelt, was durch Nachführen des Puls- Periodendauer-Verhältnisses des Motoransteuersignals geschieht.After switching on the auxiliary power system, the microcomputer 3 to the DC motor 2 generates a PWM signal of, for. B. 40% given. The engine 2 is in stand-by mode. During this stand-by operation, a speed control is active, which regulates the current speed n to a stand-by setpoint speed n sollSB, which is done by tracking the pulse period duration ratio of the motor control signal.

Die während dieser Zeit auftretenden Drehzahlschwankungen Δn werden im Schritt 3 dahingehend ausgewertet, ob der Betrag der Schwankungen Δn über einen Zeitraum Δt1 größer ist als ein erster Schwellwert x, wodurch auf einen Einbruch der Drehzahl n geschlossen wird. Ist dies der Fall, wird bei 5 die Drehzahlregelung deaktiviert und ein PWM-Signal von 100% abgege­ ben. Der Motor arbeitet im Lastbetrieb.The speed fluctuations Δn occurring during this time are evaluated in step 3 to determine whether the magnitude of the fluctuations Δn over a period of time Δt 1 is greater than a first threshold value x, as a result of which a drop in the speed n is concluded. If this is the case, the speed control is deactivated at 5 and a PWM signal of 100% is output. The engine works in load mode.

Wird an Schritt 3 festgestellt, daß der Betrag Δn/Δt kleiner ist als der erste Schwellwert x, wird bei Schritt 4 abgefragt, ob das Puls/Periodendauer- Verhältnis des PWM-Signals größer ist als ein vorgegebener Schwellwert y. Ist dies der Fall, wird der Elektromotor 2 ebenfalls in den Lastbetrieb ge­ schaltet (Schritt S). Ist dies nicht der Fall, verbleibt der Motor bei Schritt 2 im stand-by-Betrieb.If it is determined in step 3 that the amount .DELTA.n / .DELTA.t is smaller than the first threshold value x, a query is made in step 4 as to whether the pulse / period duration ratio of the PWM signal is greater than a predetermined threshold value y. If this is the case, the electric motor 2 is also switched to the load mode (step S). If this is not the case, the engine remains in stand-by mode in step 2 .

Arbeitet der Elektromotor 2 im Lastbetrieb, überprüft der Mikrocomputer, ob die augenblickliche Drehzahl n während eines festen Zeitraumes Δt2 größer ist als ein Drehzahlschwellwert ns (Schritt 6). Dabei wird vorausgesetzt, daß der feste Zeitraum Δt2 einen Mindestzeitraum t überschreitet.If the electric motor 2 is operating in load mode, the microcomputer checks whether the current speed n during a fixed period Δt 2 is greater than a speed threshold n s (step 6 ). It is assumed that the fixed period Δt 2 exceeds a minimum period t.

Ist dieser Fall eingetreten, wird darauf geschlossen, daß die Lastanforde­ rungen sich verringert haben. Der Elektromotor 2 wird im Schritt 2 wieder in den oben beschriebenen stand-by-Zustand geschaltet.If this occurs, it is concluded that the load requirements have decreased. In step 2 , the electric motor 2 is switched back to the stand-by state described above.

Claims (13)

1. Verfahren zur kontinuierlichen Erfassung einer Drehzahl von Elektromotoren, wobei die Drehzahl zu Regelzwecken eines vom Elektromotor angetriebenen Nebenaggregates bei Kraftfahrzeugen genutzt wird, insbesondere für Hilfskraftsysteme eines Kraftfahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl eines kommutatorbehafteten Gleichsstrommotors mit Hilfe einer elektronischen Einrichtung bestimmt wird, die Ausgangssignale in Abhängigkeit von der im Stromverlauf des Gleichstrommotors auftretenden Kommutierung abgibt, wobei in Abhängigkeit der so erfaßten Drehzahl eine Umschaltung des Gleichstrommotors vom Standby-Betrieb auf den Lastbetrieb bzw. umgekehrt erfolgt.1. A method for the continuous detection of a rotational speed of electric motors, the rotational speed being used for control purposes of an auxiliary unit driven by the electric motor in motor vehicles, in particular for auxiliary power systems of a motor vehicle, characterized in that the rotational speed of a DC motor with a commutator is determined with the aid of an electronic device which Output signals in dependence on the commutation occurring in the current profile of the DC motor, with the DC motor being switched over from standby to load operation or vice versa depending on the speed detected in this way. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem zeitlichen Abstand aufeinanderfolgender Ausgangssignale eine Frequenz bestimmt wird, aus welcher die Drehzahl des Gleichstrommotors ermittelt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that from the time interval of successive output signals a frequency it is determined from which the speed of the DC motor is determined. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Ausgangssignale pro Zeiteinheit direkt ausgewertet wird.3. The method according to claim 1, characterized in that the number the output signals are evaluated directly per time unit. 4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß Drehzahlabweichungen von einer vorgegebenen Solldrehzahl des Gleich­ strommotors erkannt und ausgeregelt werden.4. The method according to claim 1, 2 or 3, characterized in that Speed deviations from a predetermined target speed of the same current motor can be recognized and corrected. 5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die von einer Laständerung hervorgerufenen Drehzahlabweichungen ausgeregelt werden. 5. The method according to claim 3, characterized in that the of speed variations caused by a load change are corrected become.   6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die von einer Änderung des Lenkmomentes des Kraftfahrzeuges hervorgerufenen Drehzahlabweichungen ausgeregelt werden.6. The method according to claim 5, characterized in that the of a change in the steering torque of the motor vehicle Speed deviations are corrected. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Soll­ drehzahl entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit variiert wird.7. The method according to claim 6, characterized in that the target speed is varied according to the vehicle speed. 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Änderung der Versorgungsspannung hervorgerufenen Drehzahlabweichungen ausgeregelt werden.8. The method according to any one of the preceding claims 3 to 7, characterized characterized by changing the supply voltage caused speed deviations are corrected. 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Temperatureinflüsse hervorgerufenen Drehzahlabweichungen ausgeregelt werden.9. The method according to any one of the preceding claims 3 to 8, characterized characterized in that those caused by temperature influences Speed deviations are corrected. 10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichstrommotor zur Ausregelung der Drehzahlab­ weichungen getaktet angesteuert wird.10. The method according to any one of the preceding claims 4 to 9, characterized characterized in that the DC motor for regulating the speed from switches are controlled clocked. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die ge­ taktete Ansteuerung des Gleichstrommotors über eine Variation der Pulsweite des Ansteuersignals erfolgt.11. The method according to claim 10, characterized in that the ge clocked control of the DC motor via a variation of the pulse width of the control signal. 12. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ein Nebenaggregat eines Kraftfahrzeuges antreibende Gleichstrommotor (2) mit einer Regelelektronik (3) über eine elektronische Einrichtung (4) verbunden ist, die ein drehzahlproportionales Ausgangssignal in Abhängigkeit von der im Stromverlauf des Gleichstrommotors (2) auftretenden Kommutierung liefert, wobei die die Drehzahl auswertende Regelelektronik (3) den Gleichstrommotor (2) in Abhängigkeit von der erfassten Drehzahl vom Standby-Betrieb auf den Lastbetrieb bzw. umgekehrt schaltet.12. Arrangement for performing the method according to claim 1, characterized in that the an auxiliary unit of a motor vehicle driving DC motor ( 2 ) is connected to a control electronics ( 3 ) via an electronic device ( 4 ) which has a speed-proportional output signal depending on the The current curve of the DC motor ( 2 ) provides the commutation that occurs, the control electronics evaluating the speed ( 3 ) switching the DC motor ( 2 ) depending on the detected speed from standby mode to load mode or vice versa. 13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichstrommotor (2) eine Pumpe (1) antreibt, die den Öldruck in einem Lenkunterstützungsumlaufsystem (5) realisiert.13. The arrangement according to claim 12, characterized in that the DC motor ( 2 ) drives a pump ( 1 ) which realizes the oil pressure in a steering support circulation system ( 5 ).
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